专利名称：一种小动物动作电位的无线检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动物动作电位的检测装置，特别涉及一种小鼠等小动物动作电位的检测装置。
背景技术：
动作电位是可兴奋性细胞(如神经元和肌细胞)在行使功能前后所表现出电学上实际可测的状态，也是细胞在分子水平上所发生的动态生化事件赐给研究人员的一个宝贵的窗口。通过研究动作电位的形成机制，可以进一步了解细胞行使功能时所发生的动态的分子水平上的生物化学反应。目前在生命科学的各个领域都遇到了一些原来理论都难以解决的问题，对此形成机制的研究有望促进整个生命科学研 究理论的新进展。通过研究机制可以掌握其作用过程，在实际应用达到促进医疗技术发展的目的，许多的疑难杂症有望得到治愈，比如麻醉和神经功能障碍的治疗。动物实验是人类在实验室内获得有关生物学、医学等方面的新知识或解决问题而使用动物进行的科学研究。常用的动物包括猴子、猪、狗、大鼠、小鼠和蟾蜍等，通过研究这些动物的动作电位的产生机理，可以为人类探索疾病的诊治提供科学依据。有关动物动作电位的检测装置，在国内外成为研究热点。目前，动物动作电位的检测装置主要采用植入电极插入待测部位，然后经过放大、滤波等前端信号处理，经过电缆线连接将动作电位信号传输给后端的采集和处理软件中进行分析。在整个检测过程中，由于前端和后端之间采用电缆线连接，被检测动物的自由运动受到限制，直接影响测量的客观性和准确性；而且，这些检测装置体积和重量较大，不适合体积较小的小鼠、蟾蜍等小动物。
发明内容
本发明的目的是提供一种对小动物(小鼠、蟾蜍等)动作电位进行无线检测的装置，实现其动作电位的非接触检测。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的—种小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，包括无线连接的前端和后端两部分，其中前端临时固定于小动物身上，由信号放大模块、信号调频模块以及为该两个模块供电的直流电源模块构成，植入小鼠体内的微电极作为信号放大模块的输入信号，经放大后的小鼠动作电位进入信号调频模块被调制，再通过一个外接发射天线被辐射出去；所述后端与前端的距离不超过2. 5m，为一个信号解调模块，被调频后的小鼠动作电位信号通过一个外接接收天线进入该解调模块被解调后输出给计算机进行处理分析。上述方案中，所述信号放大模块由单电源供电的集成仪表放大器和多个电阻网络构成，电路放大倍数为980。所述信号调频模块由LC调频电路构成，其载波频率为85MHz-108MHz。所述直流电源模块由纽扣电池和电源稳压电路构成。所述信号解调模块由一个集成调频器、多个外接电容构成，通过外接接收天线实现85MHz-108MHz调频信号的解调，并且被解调后的信号的输出频率范围为5Hz-3. 6kHz。
与现有的小鼠动作电位检测装置相比，本发明具有以下优点1、不影响小鼠的自由活动由于采用无线调频模式，无需用连接导线把小鼠和后端处理部分连接，可以使小鼠在自由活动的条件下检测其动作电位。2、体积小、重量轻、价格便宜信号放大、调制和电源三个模块中除过电感之外的元器件均采用表贴形式，因此体积小；电池采用微型纽扣电池，使得检测转置的前端(由信号放大、调制和电源模块组成)总重量小于10g，因此重量轻；所用的元器件大多为常规器件，因此价格低廉。3、解调后输出信号的频率响应好信号解调模块由于采用了频响非常好的专用集成电路，通过外接电容可以使其解调后的输出信号达到5Hz-3. 6kHz，完全涵盖了小鼠动作电位的频响。4、适用性强除适用于无线检测小鼠的动作电位之外，还可用于大鼠、兔子等较大 体型的动物相关神经电位的检测，具有较强的适用性。
以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明检测装置的功能结构框图。图中in为植入小鼠体内微型的电极输出信号，接信号放大模块的输入端；tanl为发射天线；tan2为接收天线；out为输出的动作电位信号。图2为图1检测装置中前端的电路原理图。图3为图1检测装置中后端的电路原理图。图4为采用本发明检测装置检测到小鼠的动作电位信号。其中(a)图为发射的动作电位信号，(b)图为解调后的动作电位信号。
具体实施例方式如图1所示，一种小鼠动作电位的无线检测装置，包括临时固定(系、粘贴或捆绑)于被测小鼠身上的前端、与前端分离不超过2. 5m的后端。其中前端包括一个信号放大模块、一个信号调频模块、以及为该两个模块供电的直流电源模块；后端为一个信号解调模块。植入小鼠体内的微电极作为信号放大模块的输入信号in，经过放大后进入信号调频模块，放大后的小鼠动作电位经过该信号调频模块被调制，经过外接发射天线El被辐射出去，被调频后的小鼠动作电位，由外接接收天线E2通过后端的信号解调模块后，输出小鼠动作电位信号至计算机。本发明通过前端和后端两个部分以及外接发射、接收天线El、E2实现小鼠动作电位的无线检测。图1检测装置前端的具体电路可采用如图2所示的结构。其中信号放大电路由集成仪表放大器Ul (型号为AD627)，电阻Rl、R2、Rg和电容CO组成，采用单电源+3. 3V供电(由电源模块提供)，R1和R2组成的固定分压电路作为仪表放大器的参考电压，其增益由Rg确定(Rg取值为205欧姆，实际测得放大倍数为980)，电容CO对直流电源进行滤波。信号调频电路由高频晶体管Ql (型号为2SC1359)、LC谐振电路和电源滤波电路组成，其中LC谐振电路由电感L1、电容C5和可变电容C6组成，通过调节C6的值，可以实现调频的载波频率范围达到85MHz-108MHz ;电源滤波电路由电感L2和电容Cl，C2组成，对3. 3V直流电压进行滤波的同时将信号放大和调频电路的地进行隔离，实现低频和高频电路的隔离；信号放大和信号调频电路之间通过耦合电容C3连接。直流电源模块由3. 6V可充电锂离子扣式电池Vin (型号为LIR1632，容量120mAh，重量1. 8g)和稳压电路组成，稳压电路由集成稳压器U2 (型号为G914D)和电容Cin、Cb、Cout组成，输出电压为3. 3V。除电感L1、L2和晶体管Ql之外，其他元器件均采用表贴形式，调频后的小鼠场电位或动作电位经过发射天线El辐射出去。整个前端的硬件重量小于10g。图1检测装置后端的具体电路可采用如图3所示的结构。接收天线E2接收到调频后的小鼠场电位或动作电位，经过信号解调电路后提取出小鼠场电位或动作电位。信号解调电路由集成调频器Ul (型号为TDA7010T)和外接的电容C1-C14、Cp和Cs、电感LI和L2、电阻Rl以及可变电容Cv组成。其中通过调节可变电容Cv值，可以与调频电路中载波频率值完全一致；解调电路的射频工作频率由电容C9、ClO和电感L1、L2组成品质因数为
4的无源带通滤波器，其频率范围为为85MHz-108MHz ;解调的输出信号的频率范围由电容 C5-C8电容和集成电路内部的电阻确定，其频率范围可达到5Hz-3. 6kHz，完全涵盖小鼠场电位和动作电位的频率范围。电源采用外接的+5V供电。采用本实施例的小鼠动作电位无线检测装置，外接2个拉杆天线和+5V的直流电源后，检测到一只小鼠的动作电位的波形如图4所示。接收天线与发射天线之间的距离为
2.5米，装置的后端(解调电路)与前端无需任何电缆连接，在检测过程小鼠可以自由活动。
权利要求
1.一种小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，包括无线连接的前端和后端两部分，其中前端临时固定于小动物身上，由信号放大模块、信号调频模块以及为该两个模块供电的直流电源模块构成，植入小鼠体内的微电极作为信号放大模块的输入信号，经放大后的小鼠动作电位进入信号调频模块被调制，再通过一个外接发射天线被辐射出去；所述后端与前端的距离不超过2. 5m，为一个信号解调模块，被调频后的小鼠动作电位信号通过一个外接接收天线进入该解调模块被解调后输出给计算机进行处理分析。
2.如权利要求1所述的小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，所述信号放大模块由单电源供电的集成仪表放大器和多个电阻网络构成，电路放大倍数为980。
3.如权利要求1所述的小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，所述信号调频模块由LC调频电路构成，其载波频率为85MHz-108MHz。
4.如权利要求1所述的小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，所述直流电源模块由纽扣电池和电源稳压电路构成。
5.如权利要求1所述的小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，所述信号解调模块由一个集成调频器、多个外接电容构成，通过外接接收天线实现85MHz-108MHz调频信号的解调，并且被解调后的信号的输出频率范围为5Hz-3. 6kHz。
全文摘要
本发明公开了一种小动物动作电位的无线检测装置，其特征在于，包括无线连接的前端和后端两部分，其中前端临时固定于小动物身上，由信号放大模块、信号调频模块以及为该两个模块供电的直流电源模块构成，植入小鼠体内的微电极作为信号放大模块的输入信号，经放大后的小鼠动作电位进入信号调频模块被调制，再通过一个外接发射天线被辐射出去；所述后端与前端的距离不超过2.5m，为一个信号解调模块，被调频后的小鼠动作电位信号通过一个外接接收天线进入该解调模块被解调后输出给计算机进行处理分析。
文档编号A61B5/04GK103006200SQ201210566689
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者杨芳, 路国华, 于军, 王莉, 赵玉峰, 刘芳娥, 张璟, 曲萍, 周幸春, 铁茹, 黄小军, 刘楠, 田菲 申请人:中国人民解放军第四军医大学